9月4日至6日,由中国汽车技术研究中心有限公司、中国汽车工程学会、中国汽车工业协会、中国汽车报社共同主办的第十六届中国汽车产业发展国际论坛(TEDA)隆重举行。9月6日,中国电子科技集团公司第十八研究所研究员肖在第一场以“动力电池竞争格局的变化”为主题的精彩演讲中,
以下为现场演讲:
各位领导、各位专家、各位同事,大家好,感谢主办方邀请参加本次TEDA论坛。我是中国电力第十八研究所的小。我报告的题目是“汽车电池技术现状及发展趋势”,包括六个方面。
首先,介绍新能源汽车的发展。
汽车产业正在进入百年不遇的大变革时代,汽车产业的电气化转型正在加速。美国、欧盟、德国、日本等世界主要汽车强国都发布了与新能源汽车相关的发展战略和目标。许多国家和地区已经发布了禁止销售燃油汽车的时间表,一些汽车公司也发布了停止销售传统燃油汽车的时间和相关计划。
在国际能源署发布的《2019年全球电动汽车展望》中,预计到2030年,全球新能源汽车保有量将达到2.5亿辆左右。在中国市政府发布的新能源汽车产业发展规划中,到2025年,新能源汽车销量占比将超过20%。
在中国政府的大力支持下,中国新能源汽车产业发展迅速。截至2019年,新能源汽车保有量达到419万辆。2019年新能源汽车销量达到120.6万辆,占2019年汽车总销量的4.68%。2015年以来,中国新能源汽车销量占全球新能源汽车总销量的50%以上。
这张表列出了2020-2035年中国新能源汽车的市场目标。2025年新能源汽车年销量达到500万辆,2030年1500万辆,2035年2000万辆。今年受疫情影响,新能源汽车销量预计在100万辆左右,较2019年有所下降。不过,到2020年底,实现500万辆的国家目标似乎没有问题。
第二方面,介绍了国内外动力电池的规划。
动力电池作为新能源汽车的核心部件,是汽车产业电气化转型的关键支撑,也是汽车产业转型国际竞争的必争之地。相关汽车强国制定了动力电池相关发展规划。
消费者对新能源汽车有哪些期待?他希望新能源汽车具有续驶里程长、使用寿命长、安全可靠性高、充电时间短等特点,使新能源汽车的性能能够与传统燃油汽车相媲美。对于动力电池来说,需要能量密度高、功率密度大、安全、循环寿命长、充电快、成本低。
从目前实用的电池体系来看,锂离子电池更能满足新能源汽车对动力电池性能指标的一些相关要求。
从国外一些国家和地区的电池发展规划来看,如欧盟、日本、美国、德国等,都制定了国家动力电池规划。从这些计划中,我们可以看到主要涉及三个层面:第一是实用锂离子电池,第二是高性能锂离子电池,第三是新系统电池。国外的规划基本涉及这三个层面。同样,我国新能源汽车的规划,涉及动力电池的,也包括上述三个层面。像实用的锂离子电池,能量密度应该是300瓦时/千克,高性能锂离子电池应该是400瓦时/千克,新系统电池应该是500瓦时/千克。
目前正在制定节能与新能源汽车2.0版技术路线图。2.0版本的技术路线图包括一个总路线图和九个子路线图,动力电池i……其中一个关键的子路线图。
2.0版和1.0版有什么区别?从技术方向和应用领域可以看到,1.0版本电池分为能源型和能源与动力型两种,应用于乘用车市场。但2.0版本扩大了电池的种类,涉及能源、能源与动力、动力三个技术类别。同时,其应用领域也有所拓展,包括乘用车和商用车,实现了动力电池产业链的全覆盖,包括关键材料、动力电池、电池系统集成、新体系电池、测试与评估、生产设备、资源回收和梯级利用。
第三个方面介绍了动力电池的技术进步和相关发展趋势。
在国家四个五年计划的大力支持下,动力电池及其关键材料技术取得了长足的进步。动力电池的能量密度逐年提高,高比能量的动力电池是国家重点支持的研究方向。
我们来看看有哪些材料在国家的支持下实现了产业化。目前,石墨是工业化电池系统的主要负极,表面改性的聚乙烯和聚丙烯是主要的隔膜。电解质盐为六氟磷酸锂,正极主要包括磷酸亚铁锂、锰酸锂和三元材料。磷酸铁锂电池的能量密度基本在170-190瓦时/千克。锰酸锂通常与三元材料混合使用,成本会更低。电池的能量密度约为180瓦时/千克,主要用于物流车市场。三元电池中,高镍电池的能量密度最高,523中镍电池比高镍电池更安全、更便宜。目前这种电池在乘用车领域是最大的。
磷酸亚铁锂安全性好,循环寿命长,是目前客车领域的首选产品,支持量最大。国内各大电池公司,如比亚迪、当代安培科技有限公司等,都开发了大容量的锂铁电池产品,并实现了规模化配套。
三元高比能量电池的能量密度达到230±30 WHr/kg的水平。由于其能量密度高,主要用于乘用车市场和领域,实现大规模应用。电池的包装形式,如圆柱形和方形软包装电池,都取得了很好的应用。
目前,锂离子电池快速充电技术已经取得了显著的进展,并在公交车领域得到了应用。所研发的快充电池能量密度达到了120 WHr/kg,15分钟内可以将电池的容量充到80%,也就是说其充电容量可以达到4C的技术水平。
从动力电池成套来看,2019年三元锂电池市场份额达到65%,磷酸亚铁锂市场份额为32%。乘用车是动力电池的主要应用领域。从电池系统的指标来看,2018年电池系统能量密度普遍达到120 WHr/kg以上,2019年达到140 WHr/kg以上。
根据电池的发展趋势,在中期内,磷酸亚铁锂中的能量密度可以达到200-220 WHr/kg的水平,通过开展高压电解液、薄涂层隔膜、硅碳负极、高镍正极、负锂正极和高压正极的研究工作,磷酸亚铁锂中的能量密度可以在现有基础上进一步提高。高镍电池能量密度可达300 WHr/kg,负极锂电池能量密度可达400 WHr/kg。同时,固液混合电解质锂离子电池也是重点发展方向。
电池公司如当代安培科技有限公司、天津李绅、合肥郭萱等。开发了300 WHr/kg高镍三元正极和硅碳负极软包装电池,取得了良好的技术进步。比亚迪开发了270 WHr/kg方型电池,采用高镍三元和石墨负极,取得了良好的技术进步。沈李和福能开发出290 WHr/kg高镍三元正极和石墨负极的软包装电池,表现出go……循环性能。北京大学开发出比容量为400 mAh/g的新型负极锂锰基正极材料和高比容量硅碳负极材料,为研究比容量为400 Wh/kg的新型高比能量电池奠定了良好的基础。
固液混合电解质锂离子电池在循环寿命和安全性方面表现出良好的技术进步。1000次循环后容量保持率现可达90%以上,通过了针刺、短路、挤压、过充、过放、热冲击等安全测试项目。
从长远来看,主要是要开展新体系电池的基础研究工作,包括锂空气、锂硫、全固态电池等新体系电池。目前在实验室阶段,锂空气电池的能量密度可达700瓦时/千克,锂硫电池可达500瓦时/千克,固态电池可达300瓦时/千克。下一步需要进一步提高它们的循环性能和倍率性能,包括体积能量密度等相关技术的研究内容。
目前国内有珠三角、长三角、京津、中原四大动力电池产业集群,形成了较为完整的产业链,动力电池配套量逐年增加。2019年动力电池配套能力达到62.6 GWh。从电池企业数量来看,电池企业数量从高峰时的144家减少到2019年的80家左右。目前整个电池行业产能超过4000亿瓦时,但优质产能和优质产品仍然供不应求。
第四个方面介绍了电池的安全技术。
随着新能源汽车越来越多,火灾等安全事故呈上升趋势。根据初步统计的结果,充电过程中没有发生事故,指的是没有任何症状的新能源汽车安全事故。这两种类型是新能源汽车安全事故的主要原因。
无事故征兆的安全事故比例高。通过之前的统计可以看出,就是这样一种情况,需要从动力电池全链条的角度来控制安全风险,包括材料、电池制造、系统集成、实际使用、测试验证、安全监测。
我们通过智能制造提高动力电池的质量,包括其一致性、安全性、可靠性和安全性。还要从电池材料、电池系统等三个层面加强全生命周期、全工况下的安全可靠性测试验证。还要从电池级、企业级、国家级三级安全监控网络开展安全监控工作。通过大数据分析,可以发现潜在的安全风险,提出预案,及时采取措施,比如更换电池,调整电池管理系统的参数阈值等等。这些方面我们也要做很多工作。
第五,介绍当前科技创新的几个热点。
这是比亚迪研发的刀片电池技术。通过叶片电池技术,提高了电极内部的体积利用率和电池系统的体积利用率。当代安培科技有限公司开发的CTP技术和天津卫玠开发的大模块技术提高了电池系统的体积利用率,从而增加了电池系统的能量密度。也就是说,我们可以在一定的体积空间内安装更多的电池,在提高体积利用率的情况下,我们可以进一步提高电池的能量密度。
当然,在CTP和大模组技术上,我们还需要加强以下几个方面的研究工作:第一是加强长模组和热扩散的审核。二是提高CTP的便利性,或者大模块的电池维护更换,这方面要多下功夫。第三,要研究车型适配的通用性,更好的拓展应用CTP和大模块技术。
无钴电池可以减少对钴的依赖,有望降低未来电池的制造成本。……蜂巢研发的无钴电池e能量密度达到了240 WHr/kg,综合性能看起来不错。
针对安全事故频发的情况,迫切需要对电池系统热扩散试验方法及其相应的试验程序进行深入研究。如何实现热失控触发和热扩散实验的重复性,是目前的世界级难题。整车企业和电池企业都非常关注这个内容,投入了大量的人力、物力和财力,现在正在进行深入的研究工作。
随着新能源汽车数量的快速增长,新能源汽车使用寿命到期后,有必要对报废电池进行梯级利用和资源回收。从目前情况来看,磷酸亚铁锂主要采用梯级利用,资源回收价值还比较低。三元电池主要是回收资源,现在梯级利用还比较少。随着动力电池制造水平的提高和退役电池数量的增加,可以实现两类电池的梯级利用和资源回收技术和经济性,从而实现动力电池全生命周期的可持续循环发展。
最后介绍了动力电池行业需要注意的几个问题:
第一,一定要把安全放在第一位,包括从设计的角度,从审核的角度,从应用的角度,一定要把安全放在第一位,做充分的考虑。二是通过数字化工厂的使用,提高动力电池的生产效率和产品质量,我们力争CPK值达到2.0以上。三是提高电池系统设计开发的能力和水平,如电池的热管理技术、热扩散的防治技术、电池系统的高电压技术等,要做相应的技术开发。四是提高电池和电池系统的标准化水平,加强全生命周期尤其是动力电池系统的评估和验证。在这次验证中,安全性和可靠性是重点,循环耐久性和环境适应性也要加强。最后一点是加强电池新材料、新体系的基础研究工作,如固态电池、锂硫电池、锂空气电池等,从基础研究开始深入开展工作。
我的报告到此为止。请大家多提宝贵意见。谢谢大家!(注:本文根据现场速记整理,未经发言人审核。)9月4日至6日,由中国汽车技术研究中心有限公司、中国汽车工程学会、中国汽车工业协会、中国汽车报社共同主办的第十六届中国汽车产业发展国际论坛(TEDA)隆重举行。9月6日,中国电子科技集团公司第十八研究所研究员肖在第一场以“动力电池竞争格局的变化”为主题的精彩演讲中,
以下为现场演讲:
各位领导、各位专家、各位同事,大家好,感谢主办方邀请参加本次TEDA论坛。我是中国电力第十八研究所的小。我报告的题目是“汽车电池技术现状及发展趋势”,包括六个方面。
首先,介绍新能源汽车的发展。
汽车产业正在进入百年不遇的大变革时代,汽车产业的电气化转型正在加速。美国、欧盟、德国、日本等世界主要汽车强国都发布了与新能源汽车相关的发展战略和目标。许多国家和地区已经发布了禁止销售燃油汽车的时间表,一些汽车公司也发布了停止销售传统燃油汽车的时间和相关计划。
在国际能源署发布的《2019年全球电动汽车展望》中,预计到2030年,全球新能源汽车保有量将达到2.5亿辆左右。在中国市政府发布的新能源汽车产业发展规划中,到2025年,新能源汽车销量占比将超过20%。
在中国政府的大力支持下,中国新能源汽车产业发展迅速。截至2019年,新能源汽车保有量达到419万辆。2019年新能源汽车销量达到120.6万辆,占2019年汽车总销量的4.68%。2015年以来,中国新能源汽车销量占全球新能源汽车总销量的50%以上。
这张表列出了2020-2035年中国新能源汽车的市场目标。2025年新能源汽车年销量达到500万辆,2030年1500万辆,2035年2000万辆。今年受疫情影响,新能源汽车销量预计在100万辆左右,较2019年有所下降。不过,到2020年底,实现500万辆的国家目标似乎没有问题。
第二方面,介绍了国内外动力电池的规划。
动力电池作为新能源汽车的核心部件,是汽车产业电气化转型的关键支撑,也是汽车产业转型国际竞争的必争之地。相关汽车强国制定了动力电池相关发展规划。
消费者对新能源汽车有哪些期待?他希望新能源汽车具有续驶里程长、使用寿命长、安全可靠性高、充电时间短等特点,使新能源汽车的性能能够与传统燃油汽车相媲美。对于动力电池来说,需要能量密度高、功率密度大、安全、循环寿命长、充电快、成本低。
从目前实用的电池体系来看,锂离子电池更能满足新能源汽车对动力电池性能指标的一些相关要求。
从国外一些国家和地区的电池发展规划来看,如欧盟、日本、美国、德国等,都制定了国家动力电池规划。从这些计划中,我们可以看到主要涉及三个层面:第一是实用锂离子电池,第二是高性能锂离子电池,第三是新系统电池。国外的规划基本涉及这三个层面。同样,我国新能源汽车的规划,涉及动力电池的,也包括上述三个层面。像实用的锂离子电池,能量密度应该是300瓦时/千克,高性能锂离子电池应该是400瓦时/千克,新系统电池应该是500瓦时/千克。
目前正在制定节能与新能源汽车2.0版技术路线图。那个……2.0版本的技术路线图包括一个总路线图和九个子路线图,动力电池是其中一个关键的子路线图。
2.0版和1.0版有什么区别?从技术方向和应用领域可以看到,1.0版本电池分为能源型和能源与动力型两种,应用于乘用车市场。但2.0版本扩大了电池的种类,涉及能源、能源与动力、动力三个技术类别。同时,其应用领域也有所拓展,包括乘用车和商用车,实现了动力电池产业链的全覆盖,包括关键材料、动力电池、电池系统集成、新体系电池、测试与评估、生产设备、资源回收和梯级利用。
第三个方面介绍了动力电池的技术进步和相关发展趋势。
在国家四个五年计划的大力支持下,动力电池及其关键材料技术取得了长足的进步。动力电池的能量密度逐年提高,高比能量的动力电池是国家重点支持的研究方向。
我们来看看有哪些材料在国家的支持下实现了产业化。目前,石墨是工业化电池系统的主要负极,表面改性的聚乙烯和聚丙烯是主要的隔膜。电解质盐为六氟磷酸锂,正极主要包括磷酸亚铁锂、锰酸锂和三元材料。磷酸铁锂电池的能量密度基本在170-190瓦时/千克。锰酸锂通常与三元材料混合使用,成本会更低。电池的能量密度约为180瓦时/千克,主要用于物流车市场。三元电池中,高镍电池的能量密度最高,523中镍电池比高镍电池更安全、更便宜。目前这种电池在乘用车领域是最大的。
磷酸亚铁锂安全性好,循环寿命长,是目前客车领域的首选产品,支持量最大。国内各大电池公司,如比亚迪、当代安培科技有限公司等,都开发了大容量的锂铁电池产品,并实现了规模化配套。
三元高比能量电池的能量密度达到230±30 WHr/kg的水平。由于其能量密度高,主要用于乘用车市场和领域,实现大规模应用。电池的包装形式,如圆柱形和方形软包装电池,都取得了很好的应用。
目前,锂离子电池快速充电技术已经取得了显著的进展,并在公交车领域得到了应用。所研发的快充电池能量密度达到了120 WHr/kg,15分钟内可以将电池的容量充到80%,也就是说其充电容量可以达到4C的技术水平。
从动力电池成套来看,2019年三元锂电池市场份额达到65%,磷酸亚铁锂市场份额为32%。乘用车是动力电池的主要应用领域。从电池系统的指标来看,2018年电池系统能量密度普遍达到120 WHr/kg以上,2019年达到140 WHr/kg以上。
根据电池的发展趋势,在中期内,磷酸亚铁锂中的能量密度可以达到200-220 WHr/kg的水平,通过开展高压电解液、薄涂层隔膜、硅碳负极、高镍正极、负锂正极和高压正极的研究工作,磷酸亚铁锂中的能量密度可以在现有基础上进一步提高。高镍电池能量密度可达300 WHr/kg,负极锂电池能量密度可达400 WHr/kg。同时,固液混合电解质锂离子电池也是重点发展方向。
电池公司如当代安培科技有限公司、天津李绅、合肥郭萱等。开发了300 WHr/kg高镍三元正极和硅碳负极软包装电池,取得了良好的技术进步。比亚迪开发了270 WHr/kg方型电池,采用高镍三元和石墨负极,取得了良好的技术进步。沈李和福能开发了290瓦时/公斤的软包装……电池采用高镍三元正极和石墨负极,表现出良好的循环性能。北京大学开发出比容量为400 mAh/g的新型负极锂锰基正极材料和高比容量硅碳负极材料,为研究比容量为400 Wh/kg的新型高比能量电池奠定了良好的基础。
固液混合电解质锂离子电池在循环寿命和安全性方面表现出良好的技术进步。1000次循环后容量保持率现可达90%以上,通过了针刺、短路、挤压、过充、过放、热冲击等安全测试项目。
从长远来看,主要是要开展新体系电池的基础研究工作,包括锂空气、锂硫、全固态电池等新体系电池。目前在实验室阶段,锂空气电池的能量密度可达700瓦时/千克,锂硫电池可达500瓦时/千克,固态电池可达300瓦时/千克。下一步需要进一步提高它们的循环性能和倍率性能,包括体积能量密度等相关技术的研究内容。
目前国内有珠三角、长三角、京津、中原四大动力电池产业集群,形成了较为完整的产业链,动力电池配套量逐年增加。2019年动力电池配套能力达到62.6 GWh。从电池企业数量来看,电池企业数量从高峰时的144家减少到2019年的80家左右。目前整个电池行业产能超过4000亿瓦时,但优质产能和优质产品仍然供不应求。
第四个方面介绍了电池的安全技术。
随着新能源汽车越来越多,火灾等安全事故呈上升趋势。根据初步统计的结果,充电过程中没有发生事故,指的是没有任何症状的新能源汽车安全事故。这两种类型是新能源汽车安全事故的主要原因。
无事故征兆的安全事故比例高。通过之前的统计可以看出,就是这样一种情况,需要从动力电池全链条的角度来控制安全风险,包括材料、电池制造、系统集成、实际使用、测试验证、安全监测。
我们通过智能制造提高动力电池的质量,包括其一致性、安全性、可靠性和安全性。还要从电池材料、电池系统等三个层面加强全生命周期、全工况下的安全可靠性测试验证。还要从电池级、企业级、国家级三级安全监控网络开展安全监控工作。通过大数据分析,可以发现潜在的安全风险,提出预案,及时采取措施,比如更换电池,调整电池管理系统的参数阈值等等。这些方面我们也要做很多工作。
第五,介绍当前科技创新的几个热点。
这是比亚迪研发的刀片电池技术。通过叶片电池技术,提高了电极内部的体积利用率和电池系统的体积利用率。当代安培科技有限公司开发的CTP技术和天津卫玠开发的大模块技术提高了电池系统的体积利用率,从而增加了电池系统的能量密度。也就是说,我们可以在一定的体积空间内安装更多的电池,在提高体积利用率的情况下,我们可以进一步提高电池的能量密度。
当然,在CTP和大模组技术上,我们还需要加强以下几个方面的研究工作:第一是加强长模组和热扩散的审核。二是提高CTP的便利性,或者大模块的电池维护更换,这方面要多下功夫。第三,要研究车型适配的通用性,更好的拓展应用CTP和大模块技术。
无钴电池可以减少……对钴的依赖,有望降低未来电池的制造成本。蜂巢研发的无钴电池能量密度达到了240 WHr/kg,综合性能看起来不错。
针对安全事故频发的情况,迫切需要对电池系统热扩散试验方法及其相应的试验程序进行深入研究。如何实现热失控触发和热扩散实验的重复性,是目前的世界级难题。整车企业和电池企业都非常关注这个内容,投入了大量的人力、物力和财力,现在正在进行深入的研究工作。
随着新能源汽车数量的快速增长,新能源汽车使用寿命到期后,有必要对报废电池进行梯级利用和资源回收。从目前情况来看,磷酸亚铁锂主要采用梯级利用,资源回收价值还比较低。三元电池主要是回收资源,现在梯级利用还比较少。随着动力电池制造水平的提高和退役电池数量的增加,可以实现两类电池的梯级利用和资源回收技术和经济性,从而实现动力电池全生命周期的可持续循环发展。
最后介绍了动力电池行业需要注意的几个问题:
第一,一定要把安全放在第一位,包括从设计的角度,从审核的角度,从应用的角度,一定要把安全放在第一位,做充分的考虑。二是通过数字化工厂的使用,提高动力电池的生产效率和产品质量,我们力争CPK值达到2.0以上。三是提高电池系统设计开发的能力和水平,如电池的热管理技术、热扩散的防治技术、电池系统的高电压技术等,要做相应的技术开发。四是提高电池和电池系统的标准化水平,加强全生命周期尤其是动力电池系统的评估和验证。在这次验证中,安全性和可靠性是重点,循环耐久性和环境适应性也要加强。最后一点是加强电池新材料、新体系的基础研究工作,如固态电池、锂硫电池、锂空气电池等,从基础研究开始深入开展工作。
我的报告到此为止。请大家多提宝贵意见。谢谢大家!
(注:本文根据现场速记整理,未经发言人审核。)
最近,通用汽车正式宣布将与本田签署谅解备忘录,计划在北美地区就汽车业务展开合作。
1900/1/1 0:00:002020年9月4日9月6日,定位为高端智库论坛的第十六届中国汽车产业发展(泰达)国际论坛在天津滨海新区成功召开。
1900/1/1 0:00:009月4日6日,由中国汽车技术研究中心有限公司、中国汽车工程学会、中国汽车工业协会以及中国汽车报社共同主办的第十六届中国汽车产业发展(泰达)国际论坛隆重召开。
1900/1/1 0:00:00近期,中国汽车流通协会联合精真估平台,连续公布了2020年上半年的二手车交易量和保值率研究报告。
1900/1/1 0:00:00近日,通用汽车与本田汽车签署谅解备忘录,拟在北美地区组建汽车业务联盟。双方计划以联盟的形式为各自的品牌开发车型,以实现共享整车平台以及与平台匹配的电驱动系统和内燃机驱动系统。
1900/1/1 0:00:00日前,马斯克结束为期三日的德国访问考察之旅,据了解,马斯克此行目的除了拜访了德国部分部门官员,为建立德国超级工厂打下基础以外,还抽时间会见了大众集团CEO迪斯。
1900/1/1 0:00:00